Biyolojik Atıksu Tedavisinde Aerasyonun Eleştirel Rolü

Biyolojik reaktörler modern atık su arıtma tesislerinin kalbini oluşturur, dikkatlice yönetilen mikrobiyal toplulukları organik kirleticileri kırıp azot ve fosfor gibi besinleri ortadan kaldırır.Komşrusyon arasında, reaktör performansını dikte eden birçok operasyonel parametre arasında, aerasyon, bu süreçlerin geri çekilmesi için gerekli olan temel enerji tüketicisi ve belirleyici bir faktör olarak öne çıkıyor.

Bu makale, birleştirici stratejileri ile azot ve fosforun biyolojik reaktörlerdeki kaldırılması arasındaki ilişkinin kapsamlı bir incelemesini sağlar. Altta yatan mikrobiyolojik mekanizmaları inceleyeceğiz, ortak bir yaklaşım yöntemlerini karşılaştıracağız ve mevcut araştırma ve endüstri uygulamaları tarafından desteklenen pratik optimizasyon yaklaşımlarını tartışacağız.

Nutrient Yok Edicileri için Biyolojik Reaktörlerin Temelleri

Biyolojik tedavi süreçleri, mikroorganizmaların metabolik yeteneklerini ortadan kaldırmak ve kirleticileri tedavi edilen sudan ayrı olabilecek zararsız son ürünler veya biyokütlelere askıya almak için kullanırlar.In Nitro and phosphorus remove, spesifik bakteri grupları ve diğer mikroplar aktivitelerini destekleyen kontrollü koşullar altında yetiştirilir.

Aerobik, Anoxic ve Anaerobik Bölgesi

Biyolojik reaktörlerin tasarımı genellikle tamamen besin kaldırılması için gerekli olan eşitsizlikleri desteklemek için farklı oksijen koşulları ile farklı bölgeleri içerir.

  • [FONT:0]Aerobik bölgeler [Dönetici:0) Çözülen oksijenle (DO) konsantrasyonlar genellikle 1.5 ila 4 mg / L. Oksijen aerasyon tarafından sağlanır, aerobik heterotrofik bakterilerin organik madde ve ototrofik nitritleri oksitoyak için tüketilmesine olanak sağlar.
  • [FONT:0]Anoxic bölgeleri[[Dönetici:0) Çözülmemiş oksijeni yoktur, ancak nitrata mevcut olabilir. İşte facultative bakteriler, nitratı bir elektron kabulor olarak kullanır ve azot gazına dönüştürür.
  • [FONT:0)Anaerobik bölgeler [Dönemli: 1) Bu koşullar, hem oksijen hem de nitrattan tamamen yoksundur. Bu koşullar, polifosit organizmaların çoğalması için kritiktir (PAOs), ki uçucu yağ asitleri ve daha sonra onları metabolik ihtiyaçların ötesinde aerobik koşullar altında kullanırlar.

Bu bölgelerde nasıl aerasyon uygulanır - veya bölgeler geçici bir kesinti ile nasıl oluşturulur - hem azot hem de fosforun çıkarılmasının verimliliğini etkiler.

Nitrogen Mechanisms ve Aeration Bağımlılık

Biyolojik reaktörlerde azot kaldırılması iki temel adım içerir: nitrification and denitrification. Gelişen sayıda bitki aynı zamanda enerji verimli azot kaldırılması için anammox sürecini de kullanır, ancak bu çok özel koşullar gerektirir.

Nitrification: Oksijen-Demanding Step

Nitrification is a two-step aerobik process performed out by chemolithoautotrophic bakteriler. First, amonyak-o oksiting bakteriler (AOB) such asurt:0)Nitrosomonas[D[DÜye Olmayanlar[DÜye Olmayanlar)[Uzgunlar (NO2-NH3), nitrit-o oksiter bakteriler (NOB)

[FONT:0]Aeration yoğunluk ve süresi, AOB ve NOB aktivitesini sınırlamayan DO seviyelerini korumak için yeterli olmalıdır.[D:0). Aşağıda, yaklaşık 0,5 mg/L, nitrification oranları keskin bir şekilde azalır. ancak aşırı derecede yüksek DO sadece enerji harcar, ancak aynı zamanda oksijeni onlara taşıyan toksik bölgeleri de engelleyemez.

Denitrification: Anoxic Reway

Denitrification, oksijenin bozulması yerine nitratın azot gazının azaltılmasıdır (N2), anoxic bölgesinde çözünen oksijenin varlığı ciddi şekilde bozulmaz ve genellikle atık sularında bulunan organik maddedir.

Bu nedenle, etkili bir aerasyon stratejisinin:0) aerobik ve anoxic koşullar arasında açık bir ayrımı yaratmak ([Dönemli tanklar veya bölgeler) veya zaman zaman zaman zaman (bireyde bisiklet aerasyon ve çıkış)

Anammox: Low-Oxygen Alternatif

Anammox süreci (anaerobik ammonium oxidasyon) azot döngüsünde bir kısayol sunuyor, amonyakın doğrudan elektron bağışçısı olarak nitrit kullanan azot gazına karşı, ayrı bir anoxic adıma gerek kalmadan, Anammox bakterileri yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş büyür ve sadece çok düşük oksijen konsantrasyonu gerektirir (daha düşük dozlarda 0.1 mg/L) çünkü nitritasyon bu işlem için genellikle bir kesintiye neden olur.

Phosphorus Mechanisms and Aeration Influence

Gelişen biyolojik fosfor kaldırılması (EBPR) polifozof-aklokasyon organizmalarının zenginleştirilmesine dayanıyor (PAOs). Bu bakteriler anaerobik ve aerobik koşulları arasında büyüme gereksinimlerinin aşırı olması için alternatif.

PAO Döngüsü

  • CUMH:0)anaerobik koşullar[Dönetici: 0,4], PAO'nun sıvıya sızması veya her iki oksijen ve nitratın yokluğu, mevcut olduğu gibi, rakip glycogen-accumulating organizmalar (GAO'lar) için enerji baskın ve azaltılabilir.
  • UnderFLT:0)aerobik koşullar[Dönetici: 0,3), PAOs o oksite depolamak için depolanmış PHAs, aynı anda atık sularından veya polifosfatları sentezleyerek, anaerobik aşamada yayınlanan fosfatları aşıyor, fobik olarak ortaya çıkıyor.

Phosphorus'un Yok Edilmesi Üzerine Bir Etkisi

Aeration stratejisi, EBPR sürecini birkaç şekilde doğrudan etkiler:

  • [FONT:0] aerobik dönemi boyunca , PAO'ların tam olarak oksitli depolamalı PHAs'ye kadar depolanması ve fosfat çekmesi için yeterince uzun süreler harcanmış olması gerekir. kısa aerobik süreleri eksik fosforluluğa yol açarken, aşırı uzun süreler enerji harcar ve GAO büyümeyi teşvik edebilir.
  • [FONT:0]DO konsantrasyonu [DÜDÜT:1] aerobik bölgede, pH ve mikrobiyal topluluk dengesini etkileyen faktörlerden dolayı karbon dioksiti sınırlayabilir.
  • [FONT=0) Oksijenin (Dönetici Geri Dönüşüm veya yetersiz karıştırma) oksijeni anaerobik bölgeye tanıtarak, PAO aktivitesini engellemeye ve phosphorus serbest bırakılmasına ihtiyaç duyar.

Common Aeration Strategies ve Onların Etkileri

Belediye ve endüstriyel biyolojik reaktörlerde çeşitli aerasyon yöntemleri kullanılır. Her biri oksijen transfer verimliliğini, karıştırılmasını ve nihayetinde besin geri yükleme performansını etkileyen farklı özelliklere sahiptir.

Diffuse Aeration (Fine and Coarse)

Difify aerasyon sistemleri, yüksek oksijen transfer verimliliği ile hava serbest bırakır veya reaktörün alt kısmında bulunan tüpler.ETHFLT:0)Fine balonu diffüzücüler), yüksek oksijen transfer verimliliği (tipik olarak 20-40% 20 ila 40 su derinliğine sahip olduğu için çok küçük oksijen dağılımı sağlar.

[FONT:0]Coarse balon diffüzerler [Dönderler 1 ) daha büyük balonlar (-15 mm) daha düşük oksijen transfer verimliliği (~5-15%) ile yüksek dozda oksijen transferinden ziyade karıştırılırlar, özellikle de kombine bir aerasyon/bağış sistemi parçası olarak.

Her iki tip için, diffüzlerin yerleştirme ve yoğunluğu, üstteki diffüzleri veya geçici bir tankta (SND) aynı anda tekrarlama ve denitrikasyon sağlamak için tasarlanmıştır.

Yüzey Aeration

Yüzey aeratorları, mekanik yüzey aeratorları gibi (örneğin, yüzen veya sabit yüksek hızlı birimler), atmosferden oksijeni en aza indirmek için su yüzeyinin tükenmesi ve genellikle düşük sistemlerden daha az baş kaybı gerekir, ancak, yüzeysel bir oksijen dağılımı, özellikle de derin basinler.

Jet Aeration

Jet aerators, yüksek çözünürlükte yüksek miktarda su jetini birleştirir, derin veya yüksek oksijen talep eden yüksek bir basınç dağılımı yaratır. Ayrıca, jet aerasyon sistemleri karıştırmak için daha yüksek bakım gereksinimlerine yerleştirilir. Jet aeration may be effective in achieve high DO levels in nispeten küçük hacimler, useful for biyolojik reaktörler, DO dağıtım üniforması sağlandığında sağlam bir şekilde yardımcı olabilir.

Membran Aeration (MABR)

Membran aerated biofilm reaktörleri (MABR) oksijenin gaz-permeable membranlar aracılığıyla tedarik edildiği daha yeni bir teknoloji temsil eder ve yüksek oksijen transferlerini membrandan alır (% 100'e kadar) ve nitrification ve denitrikasyonu tek bir biyofilmde sağlar.

Nutrient Yokluğu için Aeration: Intermittent and Tapered Strategies

Fiziksel bir aerasyon yönteminin ötesinde, hava teslimatının zaman modeli, tam azot ve fosfor kaldırılması için gerekli olan alternatif koşulları yaratmakta önemli bir rol oynar.

Intermittent Aeration

Yanlıt aerasyon, hava tedarikini zamanında ve zamanından itibaren, aynı reaktörde fosforlu ve anoxic koşulları yaratmak.Bu, bir kompmik fazda ortak bir yaklaşımdır (SBRs) ve bir sürekli akış sistemi tarafından takip edilir.Bir sonraki aerobik döngüsü boyunca PAOsss ortaya çıkabilir ve bir sonraki aerobik döngüsü için hazırlayabilir.

döngüsünün zamanlaması kritiktir. Eğer aerobik aşaması çok kısa, amonyak ve fosfat tamamen kaldırılamaz.Eğer çok uzunsa, nitrat su özellikleri ve reaktör tasarımına bağlı olarak, sonraki anoksik bir aşamaya kadar, nitrata ve fosfata giderek daha fazla zaman kazandırılır.

Teyp

Bantlı aerasyon, bir fiş akışı reaktörünün uzunluğu boyunca hava miktarını artırmayı içerir.In the inlet, organik yük en yüksek, karbon oxid için daha fazla oksijen gerektirir.In the wastewater flows through aeration may be together with an initial anaerobik region to support.

Adım-Feed Aeration

Step-feed, reaktör boyunca birden fazla giriş noktasına doğru akışı ayırır. Bu strateji organik yükü daha da fazla dağıtır, zirve oksijen talebini azaltır. Ayrıca, her aşamada uygun olmayan, adım besleme perspektifinden, adım beslemenin birden fazla aerobik /anoxic bölge oluşturmak için kullanılabilir. ancak, aerasyon sistemi uygun DO sağlamak için tasarlanmıştır.

Vaka Çalışmaları ve Pratik Gözlemler

Araştırma ve tam ölçekli bitki verileri sürekli olarak aerasyon stratejisi optimizasyonunun enerji tüketimini azaltırken besin kaldırılmasında önemli gelişmeler elde edebileceğini göstermektedir.

  • Danimarka'daki bir belediye bitkisinde bir çalışma, koarse balonundan ince balon diffüzleri dönüştürüldü ve gerçek zamanlı amonyak sensörlerine dayanan bir aerasyon uygulandı. Nitrogen kaldırılması% 70 ila% 92, fosfor geri yükleme% 80 ila% 95 arasında arttı ve aerasyon enerjisi %25 azaldı.
  • Tam ölçekli bir oxidasyon yüzeyleri kullanarak heksiyete, operatörler daha önce olmayan iki dört aeratörü sürekli olarak düşük DO ile sınırlı bir şekilde, nitrification ile sınırlı bir şekilde oluşturduklarını buldular.İki bir aerasyon modeline geçiş yaparak, daha önce 30 dakika boyunca 30 dakika boyunca bir aradan 30 dakika sonra, daha önce yok olmuş olan effluent nitratları% 40 oranında azalttı.
  • Kanada'daki bir bitkide bir MABR retrofit, bir anaerobik bölge% 70'in üzerinde aerasyon enerjisini azaltırken, tedavi kapasitesini iki katına çıkarmasına izin verdi. Biyofilm yapısı, nitrification ve denitrification etkinleştirdi ve süreç, bir anaerobik bölgeden eklendiğinde iyi fosfor geri yüklemesi devam etti.

Bu örnekler, tek bir aerasyon stratejisinin evrensel olarak çalıştığını vurgulamaktadır. En iyi yaklaşım reaktör konfigürasyonuna, atık su gücüne, sıcaklık ve deşarj sınırlarına bağlıdır.

Enerji Tahminleri ve Kontrol Sistemleri

Aeration genellikle atık su arıtma tesisinin toplam enerji tüketiminin% 50'sini hesaplar. Bu nedenle, beslenme kaldırılması için birleştirici, çevresel ve ekonomik bir zorunluluktur. Gelişmiş kontrol sistemleri, gerçek zamanlı olarak online sensörlere dayanan birleştiriciyi ayarlamak için yaygın olarak kabul edilir.

[FONT:0]Ammonia- bazlı aerasyon kontrolü (ABAC)) amonyak veya ammonium sensörlerinin hava akışını modüle etmesi veya iyileştirilmesi için% 20-40 oranında gösterilmesi gerekir.

[FONT:0]DO kontrol döngüsü[[Dönetici:0] En temel otomasyon biçimidir, ancak oksijen taşıma oranlarını hızla yatırmak için cevap veremezler.Demir değişken olarak kullanılan Cascade kontrol, ikincil değişken olarak daha etkilidir.

[FONT:0) Gerçek zamanlı besin sensörleri[[Dönetici ve nitrata ait) daha uygun ve sağlam hale gelir, hem azot hem de fosfor kaldırılmasının entegre kontrolünü gerçekten sağlar. Aeration, istenen effluent konsantrasyonlarını korumak için kullanılabilir.

Future Trends and Research

Her zaman düşük deşarj limitleri ve enerji verimliliği arayışı, aerasyon stratejilerinde inovasyonu kullanmaya devam ediyor. Aktif araştırma ve geliştirme alanlarındaki çeşitli alanlarda aerasyon ve besleyici çıkarma arasındaki ilişkiyi daha da rafine etmeye söz veriyor:

  • [FONT:0]AI ve makine öğrenimi[[Dönetici:0]) Tarihi bitki verileri, en iyileştirici koşullar için en iyileştirici programları öngörmek için uygulanır. Bu modeller sıcaklık, yükleme ve mikrobiyal nüfus dinamikleri arasında karmaşık etkileşimler hesaplayabilir.
  • [FONT:0)In-situ oksijen nesli[Dönetici veya fotocatalytic yöntemleri ile birlikte, geleneksel hava darbecileri için ihtiyaçları ortadan kaldırılabilir, ancak bu teknolojiler henüz tam ölçekde olgun değildir.
  • [FONT:0)Granular, konjül reaktörleri [DÜDÜT:1] (e.g.g., Nereda teknolojisi) tek bir granüller içinde akrep ve anoxic bölgelerine izin veren yoğun miktardaki oksijen tüketiminin azaltılmasına odaklanırken, granüllerin parçalanmasının önlenmesine odaklanır.
  • [FONT=0) Mikroaerasyon ve düşük-DO operasyon[Dönetici azot kaldırması (anammox) AOB aktivitesini korumak için optimize edilmiş durumda.Bu, büyük enerji tasarrufları sunan 0.1-0.3 mg/L aralığındaki DO'nun kesin kontrolünü gerektirir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Biyokimyasal ve iyonik sistemler üzerindeki etkisi, biyolojik reaktörlerde geri çekilmek derindir. Properly tasarlanmış ve kontrollü aerasyon sistemleri, nitrik bakteriler için gerekli koşulları yaratır, denitrler ve PAOs'un verimli bir şekilde çalışmasını sağlar. Difify, özellikle iyi balon sistemleri, genellikle rejit ve kaldırma stratejileri için üstün oksijen dağılımı ve esneklik sağlar.

Bitki enerjisinin büyük bir kısmını tüketerek, optimizasyon istenmiyor - sürdürülebilir operasyon için gereklidir. Gerçek zamanlı sensörlerin ve gelişmiş kontrol algoritmalarının entegrasyonu, bitkilerin birleştirici ve mikrobiyolojinin nasıl yönetildiğini, enerji kullanımını kesmek için onlara izin veriyor. MABR ve granular gibi yeni teknolojiler olgunlaşır, daha büyük efficilere söz verir. mühendisler ve operatörler için, aerasyon ve mikrobiyoloji arasındaki etkileşimin nasıl yönetildiğini, güvenilir, maliyet-aktif besinlerin kaldırılmasına izin verir.